微小位移測量裝置設(shè)計

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1、第３０卷增刊（Ⅰ）大地測量與地球動力學(xué)Ｖｏｌ．３０Ｓｕｐｐ．（Ⅰ）２０１０年８月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＧＥＯＤＥＳＹＡＮＤＧＥＯＤＹＮＡＭＩＣＳＡｕｇ．，２０１０文章編號：１６７１５９４２（２０１０）Ｓｕｐｐ．（Ⅰ）０１７６０３微小位移測量裝置設(shè)計唐小林榮卓（中國地震局地震研究所，武漢４３００７１）摘要微小位移測量裝置的設(shè)計是以５１單片機為控制核心，采用ＤＤＳ芯片產(chǎn)生穩(wěn)定的１００ｋＨｚ的正弦波信號，使用差分輸出來驅(qū)動差動變壓器輸入極，通過檢測變壓器兩個次級線圈的電壓，并對兩電壓進(jìn)行計算處理，從而得出位移量。經(jīng)過巧妙的選取直流電機和電機驅(qū)動電路，很好地完成了磁棒的精確閉環(huán)控制，控制精度能

2、夠達(dá)到０．５ｍｍ。關(guān)鍵詞線性差動變壓器；閉環(huán)控制；檢波電路；位移量；測量裝置中圖分類號：ＴＨ７６．３文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ＡＤＥＳＩＧＮＯＦＭＩＮＩＤＩＳＰＬＡＣＥＭＥＮＴＭＥＴＥＲＩＮＧＥＱＵＩＰＭＥＮＴＴａｎｇＸｉａｏｌｉｎａｎｄＲｏｎｇＺｈｕｏ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｅｉｓｍｏｌｏｇｙ，ＣＥＡ，Ｗｕｈａｎ４３００７１）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｒｅｐｏｒｔｅｄｈｅｒｅｔａｋｅｓ５１ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｓａｓｃｏｎｔｒｏｌｃｏｒｅ，ａｎｄｕｓｅｓｔｈｅＤＤＳｃｈｉｐｔｏｐｒｏｄｕｃｅｔｈｅ１００ｋＨｚｓｉｎｅｗａｖｅｓｉｇｎａｌ．Ｉｔｕｓｅｓｔ

3、ｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｕｔｐｕｔｔｏｄｒｉｖｅｔｈｅｉｎｐｕｔｌｅｖｅｌｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｍｏｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｅｓｔｉｎｇｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓｔｗｏｓｅｎｃｏｎｄａｒｙｃｏｉｌｓａｎｄｃａｒｒｉｅｓｏｎｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｔｈｅｔｗｏｖｏｌｔａｇｅｓ，ｔｈｕｓｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｖａｌｕｅｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｉｎｇｅｎｉｏｕｓｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｍａｃｈｉｎｅａｎｄｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅｎｅｌｅｃｔｒｉｃｃｉｒｃｕｉｔ，ｍａ

4、ｇｎｅｔｉｃｒｏｄ’ｓｐｒｅｃｉｓｅｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄｖｅｒｙｗｅｌｌ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｎｒｅａｃｈｔｏ０．５ｍｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｎｅａｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｍｏｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌ；ｄｅｔｅｃｔｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ；ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ；ｍｅａｓｕｒｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ１引言２方案設(shè)計微小位移測量系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、化工、石２．１激勵信號源電路的設(shè)計油、制藥、制鹽等行業(yè)。本文討論基于線性可變差動正弦激勵信號源是差動式位移傳感器的驅(qū)動變壓器（ＬＶＤＴ）微小位

5、移測量系統(tǒng)的設(shè)計。系統(tǒng)由源，激勵源高度穩(wěn)定才能保證后級輸出穩(wěn)定可靠，一個鐵芯和兩個線圈組成，通過一次線圈與二次線圈弱電磁耦合，使得鐵芯的位移變化量與輸出電壓具有高度的頻率和幅度穩(wěn)定性的正弦激勵信號是差［１］變化量呈精密線性關(guān)系。電壓信號通過差動放動變壓器位移測量裝置獲得較高精度的前提，因此大、取均方根值、數(shù)據(jù)采集等過程，即由模擬量轉(zhuǎn)換正弦信號發(fā)生電路的選取對本測量裝置而言至關(guān)重成便于單片機系統(tǒng)處理的數(shù)字量，而后通過單片機要。的數(shù)據(jù)處理，可準(zhǔn)確地計算出鐵芯的位移量。收稿日期：２０１００６１１作者簡介：唐小林，男，１９５３年生，高級工程師，主要從事儀器研發(fā)工作．Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｔａｎｇ５

6、３１２０３＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ增刊（Ⅰ）唐小林等：微小位移測量裝置設(shè)計１７７［２］ＡＤ９８５１是ＡＤ公司生產(chǎn)的一款ＤＤＳ芯片，它４局部電路設(shè)計與電路參數(shù)計算的最高時鐘為１８０ＭＨｚ并且采用了先進(jìn)的ＣＭＯＳ技術(shù)。具有相對帶寬寬，頻率轉(zhuǎn)換時間極短、頻率分４．１線性差動變壓器的制作辨率高、功耗低等優(yōu)點，并且ＡＤ９８５１的外圍器件很磁棒的移動范圍是－２０～＋２０ｍｍ，所以磁棒少，輸出相位連續(xù)，頻率、相位和幅度均可實現(xiàn)程控。的長度不能小于４０ｍｍ，而且磁棒軸向移動時不能其輸出頻率的穩(wěn)定度基本可以達(dá)到晶振的精度。而影響初級線圈的電感，所以在磁棒移動時是不能離且還可以設(shè)置不同頻率的正弦信號，方便調(diào)試分析。

7、開初級線圈的，磁棒的長度還應(yīng)該加上初級線圈的故選擇ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５１來產(chǎn)生１００Ｋ的正弦波。長度，考慮到手工制作的問題，如果初級線圈太短，２．２測量檢波電路設(shè)計不對稱性問題較明顯，因此最后取磁棒的長度為８［３］ＡＤ６３７有效值檢測器將輸出的交流信號取樣ｃｍ。其次，應(yīng)確定初級線圈的電感，差動放大器的回來轉(zhuǎn)換為有效值。ＡＤ６３７可測量的信號達(dá)７Ｖ，精輸出電阻與初級線圈形成的電感構(gòu)成一個衰減器，度優(yōu)于０．５％，且外圍元件少